KR20140057243A - 전자-빔 유도형 플라스마 프로브를 이용하는 전자 소자의 전기적 검사 - Google Patents

전자-빔 유도형 플라스마 프로브를 이용하는 전자 소자의 전기적 검사 Download PDF

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KR20140057243A
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오페르 카다르
아리 글레이저
로멘 로에빙거
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오르보테크 엘티디.
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Abstract

비-기계 접촉식 신호 측정 장치는 피시험 구조물 상에 제 1 전도체와, 상기 제 1 전도체와 접촉하고 있는 가스를 포함한다. 적어도 하나의 전자 빔이 가스로 지향되어, 상기 전자 빔이 통과하는 가스에 플라스마를 유도할 수 있다. 제 2 전도체는 플라스마와 전기적으로 접촉한다. 플라스마가 제 1 전도체 상으로 지향될 때 신호 소스는 제 1 전도체, 플라스마, 및 제 2 전도체를 통해 전기 측정 소자로 연결된다. 상기 전기 측정 소자는 신호 소스에 반응한다.

Description

전자-빔 유도형 플라스마 프로브를 이용하는 전자 소자의 전기적 검사{ELECTRICAL INSPECTION OF ELECTRONIC DEVICES USING ELECTRON-BEAM INDUCED PLASMA PROBES}
관련 출원의 상호 참조
본 발명은 35 USC 119(e)에 따라 2011년 07월 15일에 출원된 미국 가특허출원 61/508,578호, 발명의 명칭 "ELECTRICAL INSPECTION OF ELECTRONIC DEVICES USING ELECTRON-BEAM INDUCED PLASMA PROBES"의 우선권을 주장하고, 상기 미국 가특허출원의 내용은 그 전체가 본원에 참조로서 포함된다.
본 발명은 전자 소자의 비-기계적 접촉 프로빙(non-mechanical contact probing)에 관한 것이며, 구체적으로 전자 소자의 전기적 검사 중의 전자 신호의 비-기계 접촉식 측정에 관한 것이다.
비-기계 접촉식 프로빙은 피시험 소자/패널의 손상 가능성을 최소화하고, 개선된 시험 처리결과를 도출하기 때문에, 기계적 접촉을 만들 필요 없이 패터닝된 구조물에 전압 및 전류를 측정 및 인가할 수 있는 능력이 반도체 소자 및 평면 패널 디스플레이, 가령, 액정 및 유기 발광 다이오드 디스플레이, 뒤판(backplane), 및 인쇄 회로 기판의 기능(전기) 시험에 중요하다.
Photon Dynamics, Inc.(PDI)/Orbotech의 Voltage Imaging® optical system (VIOS)는 피시험 소자 상의 전기장을 광학 센서에 의해 기록되는 광학 정보로 변환하기 위해 전기-광학 트랜스듀서(electro-optical transducer)를 채용한다. 또 다른 기법이 2차 전자를 이용해 피시험 소자에서 전압의 간접 측정을 제공하며 소자가 진공 상태에 위치할 것을 필요로 한다. 이들 접근법은 전압 측정에 맞춰진 것이며, 검사를 위해 사용되는 신호를 구동시키기 위해, 여전히 소자의 주변부(periphery) 상의 패드로의 기계적 접촉을 더 필요로 한다.
최근, 전도성 플라스마(conductive plasma)를 기초로 하는 한 가지 유형의 검사 방법이 촉망받고 있다. 이 방법의 주요 개념은 이온외 이동형 2차 전자를 포함하는 지향성 플라스마(directional plasma)가 비-기계 접촉식 프로브로서 동작할 수 있다는 것이다. 몇 가지 이러한 "플라스마 프로빙(plasma probing)" 방식이 과거에 제안된 바 있다. 이들은 크게 2개의 카테고리로 나뉠 수 있는데, 하나의 카테고리는 고강도 레이저-유도형 이온화(high intensity laser-induced ionization)를 기초로 하며(높은 이온화 임계치가 주어질 때 레이저에 의해 피시험 소자에 손상이 유도될 위험이 가능할 수 있음), 또 다른 카테고리는 고전압 코로나 방전(이온화된 화학종이 광범위한 산란각을 갖고, 또한 손상 위험, 특히 아크와 관련된 손상 위험을 제공함)을 기초로 한다.
멤브레인(membrane) 및 차등 펌핑되는 개구부를 이용하는 전자 빔 이미징 시스템은, 주사 전자 현미경(SEM)에서의 생/습식(live/wet) 표본의 전자 빔 특성화 또는 생 시료에 대한 X-선 회절을 위해, e-빔을 가스 분위기로 전파시키기 위해 사용되었다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는, 피시험 구조물 상의 제 1 전도체, 상기 제 1 전도체와 접촉하고 있는 가스, 및 적어도 하나의 전자 빔을 포함한다. 상기 전자 빔은 가스로 지향되어, 상기 전자 빔이 통과하는 가스에 플라스마를 유도할 수 있다. 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는, 상기 플라므사와 전기적으로 접촉하고 있는 제 2 전도체, 및 상기 플라스마가 제 1 전도체 상으로 지향될 때, 상기 제 1 전도체, 플라스마, 및 제 2 전도체를 통해 전기 측정 소자로 연결된 신호 소스를 더 포함한다. 전기 측정 소자가 신호 소스에 반응한다.
하나의 실시예에 따르면, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는 피시험 구조물 상의 회로를 더 포함한다. 상기 회로는 제 1 전도체로 연결되고, 상기 전기 측정 소자는 상기 회로에 반응한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 신호 소스가 제 1 전도체로 연결되고, 상기 전기 측정 소자는 제 2 전도체로 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면, 전기 측정 소자가 제 1 전도체로 연결되고, 신호 소스가 제 2 전도체로 연결된다.
또 다른 실시예에 따르면, 가스는 공기, 분자 질소, 또는 비활성 가스이다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는, 가스로 지향되어, 전자 빔이 통과하는 가스에 복수의 플라스마를 유도하기 위한 복수의 전자 빔을 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 피시험 구조물은 박막 트랜지스터 어레이이다. 또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전자 빔은 피시험 구조물의 위치에 상대적으로 이동하도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는 측정 소자로 연결되며, 상기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 저장하도록 구성된 데이터 저장 유닛, 및 상기 데이터 저장 유닛, 상기 측정 소자, 및 신호 소스로 연결된 제어 유닛을 더 포함한다. 상기 데이터 저장 유닛, 측정 소자, 및 신호 소스는 상기 제어 유닛에 반응한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는 상기 피시험 구조물 상에 입사되는 광을 감소시키도록 구성된 용기를 더 포함한다. 광을 감소시킴으로써, 전기 측정 소자로부터의 데이터 값의 정확도가 개선된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는, 적어도 하나의 오리피스를 갖는 진공 용기, 상기 진공 용기 외부에 위치하는 피시험 구조물, 및 적어도 하나의 오리피스를 통해 적어도 하나의 전자 빔을 지향시키도록 구성된 상기 진공 용기 내의 적어도 하나의 전자 빔 생성기를 더 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는, 상기 적어도 하나의 오리피스에서 진공 용기에 부착된 멤브레인을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 전자 빔은 상기 메브레인을 통과한다. 상기 멤브레인은 진공 용기 내부의 진공을 보존하고 적어도 하나의 전자 빔의 제 1 부분을 상기 멤브레인을 통과해 투과시키도록 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 진공 용기는 진공 플랜지를 포함하고, 적어도 하나의 오리피스가 상기 진공 플랜지를 관통해 뻗어 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제 2 전도체는 진공 용기 중 오리피스를 둘러 싸는 부분을 포함하고, 상기 가스 및 플라스마는 상기 진공 용기 중 상기 오리피스를 둘러 싸는 상기 부분으로 연결된다.
또 다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 전자 빔 생성기는, 적어도 하나의 전자 소스, 및 상기 빔을 스폿 크기로 포커스하도록 구성된 적어도 하나의 전자 렌즈를 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 상기 제 2 전도체는 멤브레인을 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 멤브레인은 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미나, 다이아몬드상 탄소, 흑연, 실리콘 디옥사이드, 초박 탄소, 베릴륨, 베릴륨 니트라이드 및 폴리이미드로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함한다. 또 다른 실시예에 따르면, 멤브레인은 기판 위에 증착된 층을 포함한다. 상기 기판은 기판의 일부분을 관통하는 창 영역에서 제거된다. 상기 기판은 멤브레인을 지지하는 프레임을 형성하도록 구성되고, 적어도 하나의 전자 빔이 상기 프레임 내 창 영역을 통해 지향된다.
또 다른 실시예에 따르면, 제 2 전도체는 상기 멤브레인을 덮어 씌우는 전도성 필름을 포함하고, 적어도 하나의 전자 빔이 상기 전도성 필름을 통과한다. 상기 전도성 필름은 적어도 하나의 전자 빔의 제 2 부분을 전도성 필름을 통해 투과시키도록 구성되고, 가스 및 플라스마가 상기 전도성 필름으로 연결된다. 또 다른 실시예에 따르면, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치가 복수의 전자 소스를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 창 영역을 오리피스와 정합하도록 위치시키기 위해, 본드 또는 클램프에 의해 프레임이 진공 용기로 연결됨으로써, 적어도 하나의 전자 빔이 상기 프레임 내 창 영역을 통해 멤브레인에 충돌하게 할 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 창 영역은 슬릿 형태를 갖고, 적어도 하나의 전자 빔 생성기는, 적어도 하나의 전자 소스, 상기 빔을 스폿 크기로 포커싱하기 위한 적어도 하나의 전자 렌즈, 및 전자 빔이 슬릿을 통과해 스캔하도록 구성된 적어도 하나의 편향 광소자를 포함한다. 또 하나의 실시예에 따르면, 전도성 필름은 멤브레인을 덮어 씌우는 접착 층, 및 상기 접착 층을 덮어 씌우는 전도성 층을 포함하고, 가스와 플라스마는 상기 전도성 층으로 연결된다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법은 피시험 구조물 상의 제 1 전도체를 제공하는 단계, 제 1 전도체와 접촉하는 가스를 제공하는 단계, 적어도 하나의 전자 빔을 가스로 지향시켜, 상기 전자 빔이 통과하는 가스에 플라스마를 유도하는 단계를 포함한다. 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법은, 제 2 전도체를 플라스마와 전기저긍로 연결하는 단계, 및 전기 측정 소자가 신호 소스에 반응하도록, 플라스마가 제 1 전도체 상으로 지향될 때 신호 소스를 제 1 전도체, 제 2 전도체, 및 플라스마를 통해 전기 측정 소자로 연결하는 단계를 더 포함한다.
하나의 실시예에 따르면, 상기 방법은 전기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 데이터 저장 유닛에 저장하는 단계를 더 포함하며, 복수의 데이터 값은 피시험 구조물 상의 회로와 연관되고, 상기 방법은 제어 유닛에 의해 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자, 및 신호 소스를 제어하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법의 제어하는 단계는 피시험 구조물 상의 제 1 신호 라인의 제 1 전기 특성을 제 1 상태로 설정하는 단계를 포함한다. 피시험 구조물 상의 제 2 신호 라인의 제 2 전기 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 1 데이터 값이 저장된다. 상기 제 1 데이터 값이 제 1 상태와 연관된다. 상기 제 1 전기 특성이 제 2 상태로 설정된다. 제 2 전기 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 2 데이터 값이 저장된다. 제 2 데이터 값이 제 2 상태와 연관된다. 제 2 전기 특성은 회로를 통해 제 1 전기 특성에 반응한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 방법은 피시험 구조물 상의 회로 내 결함에 대해 모니터링하는 단계, 및 상기 결함이 검출되는지 여부를 제어 유닛에 등록하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 결함이 검출된 경우 전기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 데이터 저장 유닛에 저장하는 단계 및 제어 유닛에 의해 상기 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자, 및 신호 소스를 제어하는 단계를 더 포함한다. 상기 복수의 데이터 값은 피시험 구조물 상의 회로 내 결함과 연관된다.
이하의 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예의 속성 및 이점에 대한 더 나은 이해가 얻어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따르는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따르는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관된 플라스마 빔 저항, 유효 플라스마 빔 저항, 전자 빔 에너지, 및 플라스마 빔 지름에 대한 예시적 시뮬레이션 데이터를 도시한다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 멤브레인 및 프레임 조립체의 단순화된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 진공 용기의 일부분에 부착된 멤브레인 및 프레임 조립체의 단순화된 단면도이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 진공 용기의 일부분에 부착된 멤브레인 및 프레임 조립체의 단순화된 평면도이다.
도 7은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정과 연관된 플라스마 전류, 전자 빔 전류, 및 샘플 전압을 위한 예시적 특성화 데이터를 도시한다.
도 8은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관되는 플라스마 빔 공간 응답을 위한 예시적 특성화 데이터를 도시한다.
도 9는 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관된 플라스마 빔 시간 응답을 위한 예시적 특성화 데이터를 도시한다.
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 2중 프로브 비-기계 접촉식 신호 측정 장치의 개략적인 투시도이다.
도 11A는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 복수의 이동형 검사 헤드를 갖는 비-기계 접촉식 신호 측정 시스템의 블록 평면도이다.
도 11B는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는, 도 11A의 장치에서의 플라스마 프로브 이동의 상세사항을 보여주는 확대도이다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르는 소자는 비-기계 접촉식 신호 측정을 가능하게 하도록 전자 빔-유도형 플라스마 프로브를 기초로 하는 검사 기법 및 서브시스템을 포함한다. 전자 빔은, 피시험 소자(device under test)(본원에서, 피시험 구조물(structure under test)이라고도 지칭됨)의 손상 위험이 거의 없이, 공기 또는 그 밖의 다른 가스의 효율적인 이온화(ionization)를 제공할 수 있고, 고도의 지향성 플라스마 기둥(plasma column)을 생성할 수 있다. 또한 전자 빔은 플라스마 프로브의 횡방향 크기(lateral size)의 제어를 제공할 수 있으며, 이는 소자 상의 소형의 고밀도 전도체 상에서 전기 신호를 측정하기 위해 중요한 이점이다.
도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따르는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치(100)의 개략적인 단면도이다. 종래의 방법을 이용해 진공(130)에서 전자 빔 발생기(120)에 의해 전자 빔(110)이 생성된다. 전자 빔(110)은 진공 용기의 일부분(140a)에 위치하는 오리피스(145)를 통해 진공 용기(140)(본원에서 진공 챔버라고도 일컬어 짐)에서 떠난다. 전자 빔의 일부분이 전자 빔 생성기를 담고 있는 진공 용기 내부의 진공 상태를 유지하지만 전자 빔에 반-투과성인 멤브레인(membrane) 및 프레임 조립체(155)을 통해 진공 용기 외부의 주변 가스(150)(본원에서 주변(ambient) 또는 가스(gas)라고도 지칭됨)로 전달된다. 대안적으로, 오리피스 또는 복수의 오리피스가 진공 용기 내부의 진공 상태를 보존하기에 충분히 작을 때 멤브레인 및 프레임 조립체(155)는 선택 사항일 수 있다.
주변 가스로 들어가면, 전자 빔의 일부분에서의 전자가 가스 원자와 충돌하고 이온화를 통해 편향되거나 에너지를 잃는다. 따라서 가스로 지향되는 전자 빔의 일부분이 전자 빔이 가스를 통과할 때 가스에 플라스마(160)를 유도한다. 느린 가스 이온은 별개로, 이들 전자-가스 충돌이 자유롭게 전도되는 저에너지의 2차 전자를 생성한다. 따라서, 플라스마를 통해 전압 및 전류가 측정 또는 인가될 수 있다. 그 후 상기 플라스마는 비접촉(contactless) 또는 비-기계 접촉식(non-mechanical contact) 전기 프로브 또는 플라스마 프로브로서 동작할 수 있다. 플라스마 프로브에서 전압 또는 전류 신호를 운반하기 위해 후방산란되는 전자(backscattered electron)는 사용되지 않는다.
또한 도 1은 피시험 구조물(170) 상에 제 1 전도체(165)가 제공됨을 도시하고, 가스는 제 1 전도체와 접촉할 수 있다. 피시험 구조물은 베이스(175)에 의해 지지되거나, 상기 베이스(175) 상에서 구현될 수 있다. 진공 용기 반대쪽을 바라보거나 진공 용기 외부의 멤브레인 및 프레임 조립체의 피시험 "소자" 또는 "구조물" 측은 얇은 전도성 필름일 수 있는 제 2 전도체(180)로 코팅될 수 있는데, 이는 이하에서 더 상세히 기재될 것이다. 가스(150)가 제 1 전도체(165)와 제 2 전도체(180) 사이에 이들과 접촉하여 위치한다. 대안적 실시예에서, 오리피스를 둘러싸는 진공 용기의 일부분이 전도성 물질, 또는 제 2 전도체에 대응하는 전도성 소자-측 필름으로 코팅된 물질로 만들어질 수 있다. 또 다른 대안적 실시예에서, 제 2 전도체가 멤브레인/프레임 조립체(155)와 제 1 전도체 사이 어딘가에 위치하는 개별 전극 또는 필름으로 형성될 수 있지만, 상기 제 2 전도체가 플라스마에 전기적으로 연결되는 한, 멤브레인에 직접 부착될 필요는 없으며, 진공 용기 외부에서 전자 빔의 일부분을 교란시키지 않으며, 검사 헤드(195)에 부착될 수 있다. 진공 용기, 전자 빔 생성기, 및 제 2 전도체가 플라스마 프로브를 생성하는 검사 헤드(195)라고 일컬어질 수 있다.
제 2 전도체(180)가 전기 측정 소자(185) 또는 신호 소스(190)로 연결될 수 있다. 데이터 저장 및 시스템 제어 블록(198)이 시험 루틴(testing routine)을 제어하고, 측정된 데이터를 저장하며, 검사 헤드(195), 전기 측정 소자(185), 및 신호 소스(190)로 연결된다. 데이터 저장 및 시스템 제어 블록(198) 내 데이터 저장 유닛은 측정 소자로 연결될 수 있고, 측정 소자(185)로부터 복수의 데이터 값을 저장하도록 구성될 수 있다. 데이터 저장 및 시스템 제어 블록(198) 내 제어 유닛은 데이터 저장 유닛, 측정 소자(185), 및 신호 소스(190)로 연결될 수 있다. 상기 데이터 저장 유닛, 측정 소자(185), 및 신호 소스(190)는 상기 제어 유닛에 응답할 수 있다.
이러한 플라스마 프로브의 실시예에 의해 측정된 전압 및 전류의 예시가 이하에서 언급될 것이다. 제 2 전도체(180)가 플라스마(160)와 전기 접촉하거나 결합되어 있기 때문에, 플라스마가 제 1 전도체(165) 상으로 지향될 때, 신호 소스는 제 1 전도체(165), 플라스마(160), 및 제 2 전도체(180)를 통해 전기 측정 소자로 연결될 수 있다. 즉, 플라스마가 제 1 전도체(165) 상으로 지향될 때, 신호 소스(190), 제 1 전도체(165), 플라스마(160), 제 2 전도체(180), 및 전기 측정 소자(185)가 전도 루프(conductive loop)를 형성하여, 전기 측정 소자(185)가 신호 소스(190)에 응답할 수 있게 한다. 일반적으로 실시되는 것처럼, 전기 측정 소자(185)는 전압, 전류, AC 또는 DC 신호를 측정하거나 이들 신호 중 일부를 시간의 함수로서 측정할 수 있다. 일반적으로 실시되는 것처럼, 신호 소스(190)는 전압, 전류, AC 또는 DC 신호를 구동시키거나, 이들 신호 중 일부를 시간의 함수로서 제공할 수 있다. 전도 루프에서, 전기 측정 소자(185) 및 신호 소스(190)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 신호 소스가 제 1 전도체로 연결되고 전기 측정 소자가 제 2 전도체로 연결된다.
비-기계 접촉식 신호 측정 장치의 한 가지 실시예가 피시험 구조물 상의 회로(167)를 더 포함할 수 있다. 회로(167)는 제 1 전도체로 연결될 수 있고, 전기 측정 소자는 회로에 추가로 응답할 수 있다. 제 2 전도체(180)가 플라스마(160)와 전기적으로 접촉하거나 결합되어 있기 때문에, 플라스마가 제 1 전도체(165) 상에 지향될 때, 신호 소스는 제 1 전도체(165), 회로(167), 플라스마(160), 및 제 2 전도체(180)를 통해 전기 측정 소자로 연결될 수 있다. 다시 말하면, 플라스마가 제 1 전도체(165) 상에 지향될 때, 신호 소스(190), 제 1 전도체(165), 회로(167), 플라스마(160), 제 2 전도체(180), 및 전기 측정 소자(185)가 전도 루프를 형성할 수 있어서, 전기 측정 소자(185)가 신호 소스(190)와 회로(167) 모두에 반응하게 할 수 있다. 따라서 측정 소자가 피시험 구조물 상의 회로의 특성화(characterization)를 수행하는 것이 가능할 수 있다.
피시험 구조물은 제 2 전도체의 근위에 위치하는 진공 용기 외부에 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 피시험 소자 상의 제 1 전도체는 제 2 전도체로부터 충분히 큰 갭(gap) 거리에 위치하여, 검사 헤드와의 기계적 간섭(mechanical interference)을 방지할 수 있고, 플라스마를 통과하는 적절한 신호, 가령, 충분히 낮은 플라스마 프로브 저항을 보장하기에는 충분히 작은 갭 거리에 위치하여, 제 1 전도체와 제 2 전도체 간의 전기적 신호를 성공적으로 연결할 수 있다. 상기 갭 거리는 갭 제어 메커니즘(도시되지 않음)에 의해 유지될 수 있다. 갭 제어 장치는 피시험 구조물과 제 2 전도체 사이에 30 내지 500um의 갭을 제공하도록 구성된다. 갭이 30um 미만인 경우, 기계적 간섭의 가능성이 증가된다. 상기 갭이 500um 초과인 경우, 높은 e-빔 에너지에서 플라스마 기둥의 지름은 너무 커질 수 있다. 상기 갭 거리는 희망 갭 거리에 대한 허용 오차(tolerance), 가령, +/- 5 um 내에서 제어될 수 있다.
검사 헤드(195)의 측정 측(또는 더 구체적으로, 멤브레인과 프레임 조립체(155))와 피시험 구조물(170) 간의 갭 이격거리(gap separation)에 의해, 도 8에 도시된 것처럼 플라스마 프로브 지름이 넓어지며, 이는 이하에서 상세히 설명된다. 분해능을 개선하기 위해 갭을 최소화하는 것을 제안하는 플라스마 프로브가 넓어짐에 따라 시스템의 분해능이 저하된다. 반직관적으로, 플라스마 프로브 지름이 넓어지는 것으로 인해 갭 거리가 증가함에 따라 플라스마 프로브 저항이 감소된다. 그러나 검사 헤드가 작은 갭으로 인해 터치 다운(touch down)하는 경우, 피시험 구조물 또는 검사 헤드에 손상이 갈 수 있다. 따라서 최적 갭 이격거리는 시스템 분해능과 터치 다운으로 인한 손상을 방지하고자 하는 희망 간의 절충안이다. 예를 들어, 평면 패널 디스플레이 검사의 경우 50um의 최소 이격거리가 바람직하지만, 그 밖의 다른 경우, 최소 바람직한 이격거리는 다를 수 있다. 이격거리는 높은 플라스마 저항을 통한 신호의 과도한 손실을 방지하기 위해 500um보다 크지 않은 것이 바람직할 수 있다. 여러 다른 개방-루프(open-loop) 및 폐쇄-루프(closed-loop) 갭 제어 방법에 의해, 검사 헤드와 피시험 소자 간의 이격거리는 유지될 수 있다. 한 가지 예로는 Orbotech/PDI의 VIOS-기반 Array Checker® 시스템에서, 전기-광학 변조기(electro-optical modulator)를 부유시키기 위해 현재 사용되는 3 포인트 공기-베어링(air-bearing)이 있다. 그 밖의 다른 갭 제어 메커니즘은 액추에이터, 가령, 음성 코일(voice coil) 및 압-전기 요소 및 갭(피드-백) 센서, 가령, 광 간섭 센서, 용량성 센서, 및 압력 센서를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 두 번째 실시예에 따르는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치(200)의 개략도이다. 도 2에 도시된 실시예에서, 전기적 측정 소자(185)가 제 1 전도체(165)로 연결되고, 신호 소스(190)가 제 2 전도체(180)로 연결되는 것을 제외하고, 도 2에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예에 대응한다. 도 2의 또 다른 요소들은 동일한 도면 부호를 갖는 도 1의 요소들과 동일한 기능을 갖고, 이하에서 상세히 기재되지 않을 것이다.
e-빔 유도 플라스마 프로브 방법에 대한 적합한 작업 상태를 결정하기 위해, 1차 및 2차 전자뿐 아니라 프로세스에 관련된 이온의 공간 및 시간 분포의 시뮬레이션이 수행되었다. 도 3은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관된 플라스마 빔 저항, 유효 플라스마 빔 저항, 전자 빔 에너지, 및 플라스마 빔 지름에 대한 예시적 시뮬레이션 데이터를 도시한다. 이러한 목적으로 많은 방식이 사용될 수 있으며, 예를 들어, 몬테 카를로 충돌(MCC: Monte Carlo Collision) 방법과 조합되는 PIC(particle-in-cell) 방법을 기초로 하는 모델이 과거에 정확한 결과를 산출하는 것으로 보였기 때문에 선택되었다. 고정된 메시 상에서 결정되는 자기 일치형 전자기장(self-consistent electromagnetic field)에서의 입자의 궤적을 추적하기 위해 PIC 방법이 사용된다. MCC 방법은 대전된 입자들 간 충돌을 시뮬레이트하기 위해 사용된다. 공기의 1차 조성을 나타내기 위한 시뮬레이션을 위해 가정되는 주변 가스(ambient gas)는 분자 질소(N2)였다. 시뮬레이션은 플라스마의 완전한 특성화를 제공할 수 있다. 예를 들어, 타깃 또는 피시험 소자의 수준에서 플라스마 저항 및 플라스마의 지름에 대해 다양한 출력 파라미터가 시뮬레이트될 수 있다. 플라스마 저항 및 플라스마의 지름은 모두 2차 전자 분포와 관련된 양(quantity)이다.
시뮬레이션 모델의 결과는, 특정 멤브레인의 (가령, 제 1 전도체에서 제 2 전도체까지의) 타깃 이격거리 또는 갭에 대해, 전자 빔이 더 이상 가스를 효율적으로 이온화하지 않는 임계 빔 에너지까지로 낮아진, 낮은 빔 에너지일수록 낮은 플라스마 저항 값을 도출할 것이고, 여기서, 임계 빔 에너지 아래로의 추가 감소에 의해 저항이 증가할 수 있음을 보여준다. 예를 들어, 50um 멤브레인-타깃 이격거리에 대해, 플라스마 저항은 5keV에서 2.7MOhm의 최소치를 갖고, 100um 이격거리에 대해, 최소치는 10keV에서 6MOhm까지 증가한다. 한편, 특정 값 이상에서 수평을 유지하더라도, 플라스마 지름이 빔 에너지에 따라 감소된다. 예를 들어, 에너지가 5에서 20KeV로 증가할 때 플라스마 지름은 85um에서 60um으로 감소하지만, 더 높은 에너지의 경우 크게 변하지 않는다. 이들 결과는 플라스마 저항과 지름의 적절한 조합을 얻기 위해 검사의 파라미터가 어떻게 선택될 수 있는지를 보여준다. 그러나 플라스마 저항 및 지름을 동시에 최소화하는 것이 가능하지 않을 수 있는데, 이들 파라미터가 빔 에너지에 대한 서로 반대의 종속성을 갖기 때문이다. 일반적인 소자 구조물과 겹치는 플라스마의 일부분의 유효 저항을 결정함으로써, 최적치가 추가로 얻어질 수 있다. 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD) 어레이 내 라인들이 5-50um의 폭을 가질 수 있다. 특정 빔 에너지에 대해, 플라스마 지름이 작업 거리(working distance)에 따라 감소하며, 이는 2차 전자의 횡방향 확산 거리에 비교할 때 작기만 하면, 전자 빔 스폿 크기에 의해 그다지 많이 영향받지 않는다. 그 밖의 다른 가스 혼합물, 가령, N2와 O2의 혼합물(공기의 조성을 더 정확하게 나타냄)의 시뮬레이션이 수행되었고, 이는 도 11과 관련하여 이하에서 더 상세히 기재되며, 상기의 결론과 일치한다.
도 1을 다시 참조하면, 진공 용기(140) 내 전자 빔 생성기(120)는 전자 소스(196) 및 전자 광소자(197)를 포함할 수 있다. 상기 전자 광소자(197)는 적어도 하나의 전자 렌즈 및 적어도 하나의 편향 광소자(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 플라스마 프로브를 유도하는 전자 빔을 생성하기 위해 다양한 전자 소스가 사용될 수 있다. 이들은, 열이온(thermionic), 장 방출, 및 쇼트키(Schottky) 소스를 포함한다. 전자 빔 에너지는 제 1 전도체에서 제 2 전도체 까지의 경로(약 50-500um)를 통해 주변 가스를 효율적으로 이온화하기 위해 5 내지 50keV일 수 있다. 5keV 이하의 전자 빔 에너지는 산란으로 인한 과도한 빔 확장을 초래할 것이며, 메브레인 및 프레임 조립체의 과도한 가열을 초래할 수 있다. 50keV 초과의 전자 빔 에너지가 이온화 프로세스에 충분히 참여하여 높은 플라스마 저항에 기여하지 않는 1차 전자를 도출할 것이다. 플라스마 프로브의 횡방향 치수, 즉, 플라스마 프로브 기술의 공간 분해능을 제어하기 위해, 주변(ambient)으로의 입장 포인트에서의 빔 지름 또는 스폿 크기가 피시험 소자 상의 특징부들 간 가장 작은 거리에 비해 작은 것이 바람직하다. 대부분의 디스플레이 관련 적용예의 경우, 500um 이하의 전자 빔 지름 또는 스폿 크기가 받아들여진다.
빔을 원하는 스폿 크기로 포커싱하기 위해 사용되는 전자 렌즈는 별개로, 전자 빔 생성기가 빔을 편향(deflect), 조향(steer), 또는 변조(modulate)하도록 사용될 수 있는 적어도 하나의 편향 광소자(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 진공 용기 내 전자 빔 생성기가 오리피스(145)를 통해 전자 빔을 지향시키도록 구성된다. 또 다른 실시예에서, 검사 헤드는 복수의 소스, 또는 하나의 단일 소스로부터 기원하는 복수의 빔을 가질 수 있음으로써, 복수의 전자 빔을 가스로 지향시켜, 전자 빔들이 가스를 통과하는 곳에서 가스에 플라스마 다중체를 유도할 수 있다.
전자 빔 조립체에서 일반적인 진공 레벨은 10-7Torr 이하일 수 있고, 다양한 펌핑 방법, 가령, 터보 펌프, 이온 펌프, 확산 펌프 등에 의해 얻어질 수 있다. 주변 가스는 비-독성일 수 있고, 높은 이온화 단면적을 가질 수 있으며, 가령, 공기, 분자 질소(N2), 아르곤(Ar), 또는 그 밖의 다른 비활성 가스 등의 가스가 있다. 하나의 실시예에서, 상기 가스는 대기압을 가진다. 또 다른 실시예에서, 가스는 대기인 공기이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 멤브레인과 프레임 조립체(155)의 단순화된 단면도이다. 멤브레인 및 프레임 조립체(155)는 멤브레인(410), 상기 멤브레인을 덮어 쓰는 전도성 필름(420), 및 상기 멤브레인을 지지하는 프레임(430)을 포함할 수 있다. 전도성 필름(420)은 도 1에 도시된 것처럼 제 2 전도체(180)에 대응할 수 있고, 멤브레인(410)은 멤브레인 및 프레임 조립체(155)를 통해 오리피스(145)에서 진공 용기(140)에 부착된다. 도 4를 참조하여 도시된 것처럼, 멤브레인(410)은 제 1 표면(440)과 제 2 표면(450)을 갖고, 진공 용기 내부에서 진공을 보존하고 전자 빔의 제 1 부분을 멤브레인을 통해 투과시키도록 구성된다. 상기 멤브레인의 제 1 표면(440)은 상기 진공 용기의 내부를 향하여, 전자 빔 생성기로부터의 전자 빔이 프레임(430) 내 창 영역(480)을 통해 멤브레인의 제 1 표면 상에 충돌할 수 있다. 멤브레인의 제 2 표면(450)이 진공 용기의 외부를 향하거나 피시험 구조물을 향하고 있다. 한 가지 대안적 실시예에서, 전도성 필름이 상기 멤브레인을 덮어 쓰면서 증착되지 않을 때, 멤브레인의 제 2 표면(450)에서 상기 멤브레인에 의해 약간 감쇠되었을 수 있는 전자 빔의 제 1 부분이 상기 멤브레인으로부터 발산된다(도시되지 않음).
멤브레인(410)은 우수한 전자 투과성을 보장하기 위해 낮은 원소 번호(가령, 15 이하)를 가질 수 있는 물질로 만들어진다. 15보다 높은 원소 번호를 갖는 멤브레인 물질은 멤브레인에서 과도한 e-빔 산란을 초래할 것이다. 또한 멤브레인 물질은 높은 압력차에 강건(robust)할 수 있다. 이러한 멤브레인 물질은 실리콘 니트라이드(SixNy), 실리콘 카바이드(SiC), 알루미나(Al2O3), 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon), 흑연, 실리콘 디옥사이드, 초박 탄소(ultrathin carbon), 베릴륨, 및 베릴륨 니트라이드, 및 폴리이미드(Quantomix® 캡슐에서 사용되는 것)를 포함할 수 있다. 필요한 전자 투과성과 진공에 대한 강건성을 얻기 위해, 멤브레인 물질 두께는 8 내지 500㎚일 수 있다. 멤브레인 물질 두께가 8㎚ 미만인 경우, 멤브레인은 진공 용기 내 진공과 진공 용기 외부의 가스의 압력차를 기계적으로 견딜 수 없을 것이다. 멤브레인 물질 두께가 500㎚ 초과인 경우, 상기 멤브레인은 e-빔을 투과시킬 수 없을 것이다. 멤브레인의 횡방향 크기는 가열 및 빔 정렬 고려사항에 따라 달라지고, 크기는 0.01 내지 5㎜이다. 0.01㎜ 미만의 횡방향 멤브레인 크기는, i) e-빔을 프레임 조립체의 창 영역(window region)으로 정렬하는 어려움, 및 ii) 프레임 조립체 내 창 영역이 e-빔 폭보다 클 필요성에 의해 제한된다. 5㎜보다 큰 횡방향 멤브레인 크기는, e-빔에 의한 멤브레인의 과열을 초래할 수 있는 과도한 열 저항에 의해 제한된다. 얇은 필름은 저 열 전도율을 가질 수 있기 때문에, 고온은 특정 빔의 현재 레벨에서의 가열과 관련된 1차 전자 흡수로부터 야기될 수 있다. 따라서 멤브레인은 좁은 멤브레인 창 영역, 즉 멤브레인 창 영역 망(mesh) 또는 격자(grid)의 설계의 선택에 의해, 또는 멤브레인 상에 금속 격자를 증착함으로써, 얻어질 수 있는 열 싱크 소스(즉, 진공 용기의 일부분)와의 우수한 열 결합을 가질 수 있다.
일부 멤브레인 물질은 전기 전도성이 아니며, 따라서 플라스마 프로브로 연결될 신호의 측정 또는 적용을 가능하게 하기 위해, 하나 이상의 추가 전도성 코팅을 필요로 할 수 있다. 제 2 전도체는 멤브레인(410)의 제 2 표면(450) 위에 놓이는 전도성 필름(420)을 포함할 수 있다. 전도성 필름(420)은 사소한 감쇠로 인한 전자 빔의 제 2 부분을 송신하도록 구성될 수 있다. 가스 및 플라스마가 전도성 필름(420)과 접촉하여, 신호가 플라스마 프로브로 연결되게 할 수 있다. 금속성 코팅은 전도성 필름으로서 적합하며, 높은 전도율과 멤브레인으로의 우수한 접착성, 낮은 반응성, 낮은 밀도 및 전자 산란을 최소화하기 위한 낮은 원소 번호를 갖는 최상의 후보자이다. 전도성 필름(420)은 멤브레인의 제 2 표면(450) 위에 증착되는 접착 층(460)과, 상기 접착 층 위에 증착되는 전도성 층(470)을 포함할 수 있다. 몇 개의 필름 층이 이들 요건을 충족하기 위해 조합될 수 있다. 예를 들어, 접착 층(460)은 접착력 향상을 위한 Ti 또는 TiW을 포함할 수 있고, 전도성 층(470)은 높은 전도율과 낮은 반응성을 위해 Au를 포함할 수 있다. 대안적 실시예에서, 전도성 필름(420)은 낮은 원소 번호, 낮은 저항율, 및 높은 녹는점을 갖는 단일 금속, Ti, Be, Sc, V, 또는 Cr의 층일 수 있다. 전도성 필름(420)의 두께는 10 내지 50㎚인 것이 바람직할 수 있다. 전자 빔의 감쇠 및 산란을 낮게 유지하기 위한 전도성 필름의 두께는 50㎚ 이하이며, 반면에, 충분한 전도율 및 접착력을 제공하기 위한 두께는 10㎚ 이상이다.
또 다른 실시예(도시되지 않음)에서, 전자 빔 생성 용기 내 하나의 오리피스 또는 복수의 오리피스가 진공을 유지하기 위한 진공 밀폐 멤브레인 대신 사용될 때, 전도성 전극이 제 2 전도체로서 오리피스 가까이에 위치할 수 있고, e-빔에 의해 유도된 플라스마로 전기적으로 연결되도록 구성되어, e-빔이 오리피스를 빠져 나가는 것을 교란시키지 않으면서, 플라스마에서 전기 신호를 검출 또는 주입할 수 있다. 또 하나의 실시예(도시되지 않음)에서, 제 2 전도체는 오리피스를 둘러 싸는 진공 용기의 일부분을 포함할 수 있고, 가스 및 플라스마가 상기 진공 용익의 외부 상에서 적어도 상기 오리피스를 둘러 싸는 진공 용기의 상기 일부분과 접촉하고 있다.
다음의 실시예에 의해 멤브레인 및 프레임 조립체(155)가 제작될 수 있다. 멤브레인(410)은 기판 위에 증착된 층일 수 있다. 상기 기판은 반도체, 가령, 실리콘일 수 있다. 기판의 상당한 부분을 관통하는, 또는 바람직하게는 전체 기판을 관통하는 창 영역(480)에서 기판이 제거되어, 멤브레인을 지지하기 위한 프레임(430)이 형성될 수 있다. 전자 빔 생성기로부터의 전자 빔이 프레임 내 창 영역을 통해, 멤브레인의 제 1 표면(440)으로 지향될 수 있다. 멤브레인(410)은 실리콘(Si) 기판 위의 실리콘 니트라이드(SixNy)의 얇은 필름 증착(예를 들어, 저압 화학 기상 증착)에 의해 제작될 수 있다. 그 후, (전자 빔이 투과될 때 통과하는 창 영역 또는 슬릿(slit)의 희망 크기에 대략 대응하는) 기판의 하나 이상의 작은 섹션이, 포토리소그래피 및 화학 에칭에 의해 제거된다. 그 후 기판이 개별 섹션들로 나뉘며, 각각은 하나 이상의 SixNy 창 영역 또는 슬릿을 갖는 Si 프레임을 포함하여, 멤브레인과 프레임 조립체를 형성한다.
하나의 실시예에서, 충분히 전도성인 물질로 멤브레인이 형성된 경우, 제 2 전도체가 멤브레인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인은 흑연(graphite)으로 만들어질 수 있다. 전도성 물질이 멤브레인을 형성하도록 사용된 경우, 선택사항으로서, 전도성 필름은 생략될 수 있다. 이러한 실시예에서, 또한 프레임이 전도성 물질로 형성된 경우, 진공 용기로의 멤브레인 및 프레임 조립체의 장착은 절연성 스페이서(spacer)를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 진공 용기(140a)의 일부분에 부착된 멤브레인 및 프레임 조립체(155)의 단순화된 단면도이다. 진공 용기(140a)의 일부분은 진공 용기의 개별 조각, 이른바, 진공 밀봉재(seal) 및 볼트(bolt)를 통해 진공 용기의 나머지 부분으로 부착되는 진공 플랜지(vacuum flange)(510)(이하, 본원에서 플랜지라고 지칭됨)를 포함할 수 있다. 또는, 진공 용기(140)는 단일 조각 또는 복수의 조각(도시되지 않음)으로 형성될 수 있다.
진공 플랜지(510)는 진공 용기의 내부를 향하는 제 1 표면(520)과 진공 용기의 외부를 향하는 제 2 표면(530)을 가질 수 있다. 오리피스(145)는 진공 플랜지를 관통해 진공 플랜지의 제 1 표면에서 제 2 표면까지 뻗어 있다. 상기 진공 용기는 진공 용기의 외부 상의 본드 또는 클램프에 의해 프레임(430)을 진공 용기로 연결하고, 오리피스(145)와 정합 또는 정렬되도록 멤브레인 및 프레임 조립체(155) 내에 창 영역(480)을 배치하도록 구성됨으로써, 전자 빔이 오리피스(145), 창 영역(480)을 통과하고 멤브레인의 제 1 표면에 충돌하게 할 수 있다. 프레임(430)은, 예를 들어, 초고 진공 호환(ultra-high vacuum compatible) 글루 또는 에폭시(도면에 도시되지 않음)를 이용해 멤브레인 및 프레임 조립체(155)와 일치되거나 다소 더 큰 오프닝(540)을 갖는 진공 플랜지(510) 상으로 본딩 또는 클램핑될 수 있다.
선택사항으로서, 본딩 프로세스를 촉진시키고 최적 진공 호환성(vacuum compatibility)을 보장하기 위해 특수 특징부가 플랜지 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 플랜지는 본딩을 보조하기 위해 플랜지 내 오프닝의 주변부 둘레에 "액자"의 형상을 갖는 글루 그루브(550)를 포함할 수 있다. 플렌지 상으로의 멤브레인 및 프레임 조립체의 센터링을 촉진시키고, 멤브레인 상의 전도성 필름과의 전기 접촉을 구축하여, 플라스마 프로브를 통해 신호를 측정하고 적용시키기 위해, 예를 들어, 금 접촉 핀 또는 스프링 리브(spring leave)(도시되지 않음)를 이용함으로써, 일렉트로닉스 배선 또는 핀에 대한 안내 채널(guiding channel)이 포함될 수 있다.
덧붙여, 하나의 실시예에서, 멤브레인 플랜지가 전자 빔으로부터의 충격을 최소화하기 위한 방식으로 설계되는 것이 바람직하다. 오리피스(145)는 진공 용기의 내측(전자 빔 생성기를 바라보는 측)에 제 1 단부(560)를 포함하고, 진공 용기의 내측에 대향하는 측 상에 제 2 단부(570)를 포함할 수 있다. 전자 빔으로부터의 아크발생(arcing) 및 충전(charging)을 최소화하기 위해, 오리피스(145)의 제 1 단부(560)는 오리피스의 제 2 단부(570)보다 넓은 차츰 가늘어지는 오프닝(tapered opening)(580)을 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 오리피스를 둘러 싸는 진공 용기의 일부분은 시간의 흐름에 걸쳐 구축될 수 있고 전자 빔 제어에 문제를 일으킬 수 있는 자기장을 최소화하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 진공 용기(140a) 또는 진공 플랜지(510)의 일부분에 대한 물질은 자기장을 최소화시키기 위한 적절한 물질 중에서 선택될 수 있으며, 가령 SST 316를 포함한다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 진공 용기(140a 또는 510)의 일부분에 부착되는 멤브레인 및 프레임 조립체(155)의 단순화된 평면도이다. 도 6에 도시된 실시예는 다음의 새로운 요소들을 제외하고 도 5에 도시된 실시예에 대응한다. 진공 플랜지(510)는 기계적 계면을 위한 하나 이상의 나사산 보어(threaded bore)(610), 패러데이 컵 지그(faraday cup jig)(도시되지 않음)를 위한 하나 이상의 관통-홀(through-hole)(620), 및 하나 이상의 안내 채널(630)를 포함하여, 일렉트로닉스 배선이 플라스마 프로브를 통해 신호를 측정하고 적용하도록 멤브레인 상의 전도성 필름과의 전기 접촉 구축을 촉진할 수 있다. 멤브레인 및 프레임 조립체(155)의 주변부 바로 내부의 내부 에지(550a)와, 멤브레인 및 프레임 조립체(155)의 주변부 바로 너머에 위치하는 글루 그루브(glue groove)의 외부 에지(550b) 사이에 글루 그루브(glue groove)가 뻗어 있는 것이 도시된다. 도 6의 나머지 요소들은 동일 도면 부호를 갖는 도 5의 요소들과 동일한 기능을 가지며, 다시 상세히 설명되지 않을 것이다.
도 7은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관된 플라스마 전류, 전자 빔 전류, 및 샘플 전압에 대한 예시적 특성화 데이터를 도시한다. 도 7은 전자에 반-투과성(semi-transparent)이고 전도성 필름으로 코팅된 멤브레인을 투과한 전자 빔이 대기 상태(atmospheric condition)로 유지되는 피시험 구조물에 조사될 때의, 전자 빔 유도식 플라스마-프로브의 실험적 검증 결과를 도시한다. 다시 말하면, 도 7은 서로 다른 빔 전류에서의 플라스마 프로브의 I-V 특성을 나타낸다. 피시험 구조물에 전압이 인가될 때, 피시험 구조물과 멤브레인 상의 전도성 필름 사이를 흐르는 전류가 측정될 수 있다. 인가된 전압의 함수로서, 전류가 증가하는데, 이는, 이 전류가 샘플에 인가되는 전압을 측정하도록 사용될 수 있음을 의미한다. 그러나 피시험 구조물이 진공 상태로 유지될 때, 또는 어떠한 플라스마도 형성되지 않도록 전자 빔이 꺼질 때, 어느 경우라도, 어떠한 전류도 측정되지 않으며, 이는 앞서 언급된 측정된 전류 신호는 전자 빔과 플라스마 프로브를 생성하는 대기(atmosphere) 간의 상호작용과 관련 있음을 의미한다. 이 전류 신호는 전자 빔 전류, Ib를 증가시킴으로써, 증폭될 수 있다.
도 8은 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치에 대한 플라스마 빔의 공간적 반응에 대한 예시적 특성화 데이터를 도시한다. 다시 말하면, 도 8은 플라스마의 횡방향 치수를 특성화하고, 플라스마 지름 측정의 결과를 도시한다. 피시험 구조물 상의 전도성 절연 계면에 걸쳐 빔을 스텝화하고, 최종 플라스마 전류를 측정함으로써 이들 테스트는 수행되었다. 이 접근법을 이용해 측정된 플라스마 지름은 적어도 150um의 추정된 작업 거리에 대해 130um이었다. 이는 이 작업 거리의 정수 배이며 대부분의 TV형 박막 트랜지스터(TFT: thin-film-transistor) 디스플레이를 측정하기에 충분한 분해능일 것이다. 플라스마 파라미터, 가령, 전자 빔 에너지, 갭 거리, 등을 조정함으로써, 플라스마 지름은 더 감소될 수 있다.
도 9는 도 1 및 2의 비-기계 접촉식 신호 측정 장치와 연관된 플라스마 빔의 시간 반응에 대한 예시적 특성화 데이터를 도시한다. 교류 전압원, 전류 증폭기, 및 오실로스코프(oscilloscope)를 이용해, 플라스마 프로브의 시간 거동이 검증되었다. 상부 파형(top waveform) 상에 디스플레이되는 피시험 구조물에 인가되는 스텝 함수 전압의 경우, 하부 파형(bottom waveform) 상에 디스플레이되는 플라스마 프로브 신호의 상승 시간(rise time)은 2㎲ec 미만이다. 앞서 기재된 바와 같이, 플라스마 모델링은 실제로 통상의 상승 시간이 100nsec 이하 정도임을 보여주며, 따라서 플라스마외의 회로 구성요소의 대역폭이 이 실험에서 제한 요인이었다고 추측된다.
e-빔 유도형 플라스마 프로브 기술의 검증 및 시험 적용예는 다음의 예시적 구조물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 픽셀 전극(LCD 어레이 테스터) 상의 전압을 측정함으로써 박막 트랜지스터(TFT) 어레이에서 전기적 결함이 검출될 수 있다. 픽셀 전극(OLED 어레이 테스터) 상의 전류를 직접 측정함으로써, 유기 발광 다이오드(OLED) TFT 어레이에서 전기 결함이 검출될 수 있다. LCD 및 OLED 디스플레이 TFT 어레이(개방/단락 테스터(open/short tester))의 드라이브 라인(drive line)에서 개방(open) 및 단락(short)이 검출될 수 있다. LCD 및 OLED 디스플레이 TFT 어레이는 증착-수리(deposition-repair) 후에 검증될 수 있다. PCB 및 반도체 소자 제조에서 사용되기 위해 앞서 언급된 것과 유사한 적용예가 제공될 수 있다. 태양열 패널 전압 또는 전류 측정이 제공될 수 있다.
다중 플라스마 프로브가 동시에 피시험 구조물 상의 서로 다른 위치로 지향될 수 있다. 도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 이중-프로브(dual-probe) 비-기계 접촉식 신호 측정 장치(1000)의 개략적인 투시도이다. 이중-프로브 비-기계 접촉식 신호 측정 장치(1000)는 제 1 플라스마 프로브(160A)를 생성하는 제 1 검사 헤드(195A)와, 제 2 플라스마 프로브(160B)를 생성하는 제 2 검사 헤드(195B)를 포함한다. 제 1 및 제 2 플라스마 프로브(160A 및 160B)는 각각 피시험 구조물(1700) 상에서 서로 이격되어 있는 제 1 전도체 영역(165AA 및 165BA)의 쌍으로 지향된다. 상기 제 1 전도체 영역(165AA 및 165BA)의 쌍은 라인(167A)의 서로 대향하는 단부들로 연결되는데, 이는 피시험 구조물 상의 단순한 회로의 한 가지 예이다. 예를 들어, 라인(167A)은 피시험 TFT 어레이 상의 데이터 라인, 게이트 라인, 또는 공통 라인일 수 있다. 신호 소스(190)는, 제 2 검사 헤드(195B) 상의 제 2 전도체(180B), 제 2 플라스마 프로브(160B), 제 1 전도체 영역(165BA), 라인(167A), 제 1 전도체 영역(165AA), 제 1 플라스마 프로브(160A) 및 제 1 검사 헤드(195A) 상의 제 2 전도체(180A)를 통한 직렬 연결된 루프를 통해, 전기 측정 소자(185)로 연결된다. 라인(167A)이 연속이기 때문에, 전기 측정 소자는 제 1 전기 서명(electrical signature)을 갖고 신호 소스에 반응한다.
예를 들어, 라인(167A)은 TFT 디스플레이 상에서 어레이로 배열되는 i개의 라인(167A 내지 167i) 중 하나일 수 있다. 각각의 라인은 각자의 라인의 서로 대향하는 단부들에 위치하는 제 1 전도체 영역들의 쌍을 가질 수 있다. 검사 헤드(195A 및 195B)는 제 1 및 제 2 플라스마 프로브(160A 및 160B)를, 방향성 화살표(1200)에 의해 나타내어지는 바와 같이 라인의 길이 차원에 수직인 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 플라스마 프로브의 이동은 검사 헤드를 기계적으로 이동시킴으로써, 또는 편향 광소자(deflection optic)를 이용해 제 1 및 제 2 플라스마 프로브를 생성하는 e-빔을 전자적으로 스캔함으로써, 또는 기계적 이동 및 전자 스캐닝의 조합에 의해, 이뤄질 수 있다. 이러한 예에서, 라인(167B)은 개방 결함(open defect)(1100)을 포함한다. 제 1 및 제 2 검사 헤드가 제 1 및 제 2 플라스마 프로브를, 라인(167B)의 대향하는 단부들로 연결된 제 1 전도체 영역(165AB 및 165BB)의 쌍으로 지향시킬 때, 직렬 연결된 루프가 라인(167B) 상의 개방 결함(1100)을 통해 깨진다. 그 후, 전기 측정 소자는 개방 결함을 검출한 제 2 전기 서명으로 신호 소스에 반응한다. 이 예에서, 교류 전류, Mhz 범위의 고 주파수 신호가, 직류 전류 신호가 대신 사용됐더라면 개방 결함의 전기적 시험 서명을 숨길(mask) 수 있는 플라스마 저항(plasma resistance)의 변동을 극복하기에 바람직할 수 있다. 복합 회로의 기능적 시험을 위해, 복수의 플라스마 프로브가 피시험 구조물 상으로 서로 다른 신호를 주입 및/또는 측정할 수 있다.
하나의 실시예에서, 기계적 프로빙(mechanical probing)과 관련된 손상 없이, 복합 회로의 기능 시험을 위해, 복수의 플라스마 프로브가 서로 다른 신호를 주입 및/또는 측정할 수 있다. 예를 들어, 켈빈 시험(Kelvin test) 장치에서 사용되는 복수의 플라스마 프로브가 피시험 회로에서의 전도율 변화를 더 정확하게 감지할 수 있다.
여러 다른 시스템 아키텍처가 고려될 수 있다. 하나의 실시예에서, 전자 빔 플라스마 프로브를 기초로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치 시스템이 처리율 요건(throughput requirements)에 따라 달라지는 하나 이상의 검사 헤드를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치가 피시험 구조물의 위치에 상대적으로 전자 빔을 기계적으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 플라스마 빔은 피시험 구조물의 위치에 상대적으로 플라스마 빔을 전자적으로 스캐닝함으로써 이동될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 플라스마 빔은 전자 스캐닝 및 기계적 움직임의 조합에 의해 이동될 수 있다. 대안적으로, 또 다른 실시예에서, 피시험 구조물은 플라스마 빔에 상대적으로 이동할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 피시험 구조물의 주요 축을 따르는 검사가 이뤄지도록, 피시험 구조물을 회전시키기 위한 메커니즘이 시스템에 구비될 수 있다.
도 11A는 본 발명의 하나의 실시예에 따르는 복수의 이동식 검사 헤드를 갖는 비-기계 접촉식 신호 측정 시스템(2000)의 블록도이다. 이 예시에서의 피시험 구조물은 다시 TFT 디스플레이 TV 패널 또는 판(plate)일 수 있다. 비-기계 접촉식 신호 측정 시스템(2000)은 복수의 검사 헤드(1951 내지 1954)를 통해 복수의 TFT 디스플레이(1701 내지 1704)를 동시에 시험하기에 충분히 클 수 있는 베이스(base)(175)를 포함한다. 이 예시에서, 4개의 TFT 디스플레이 및 4개의 검사 헤드가 도시된다. 그러나 또 다른 실시예에서, 단일 TFT 디스플레이를 시험하기 위해 복수의 검사 헤드가 사용되거나, 복수의 TFT 디스플레이를 시험하기 위해 하나의 단일 검사 헤드가 사용될 수 있다.
검사 헤드(1951 내지 1954)는 갠트리(gantry)(2100)에 기계적으로 부착되어, 도시된 바와 같이 각각의 검사 헤드가 독립적으로 Y 방향으로 기계적으로 이동할 수 있다. 도시된 X 및 Y 방향은 TFT 디스플레이의 표면에 평행인 평면이다. 적어도 하나의 프로브 바(2200)가 기계적 프로빙 기법을 통해 복수의 전기 신호 및 전력을 TFT 디스플레이로 인가하도록 사용될 수 있다. 각각의 검사 헤드는 또한 그들 각자의 플라스마 프로브를 X 방향으로 전자적으로 스캔할 수 있다. 전자 스캔된 플라스마 프로브는 적어도 하나의 길고 좁은 멤브레인 슬릿 및 적어도 하나의 편향 광소자에 의해 상기 슬릿의 긴 변을 따라 편향되는 적어도 하나의 전자 빔을 이용해 구현될 수 있다. 검사 헤드를 Y 방향으로 기계적으로 이동시키면서 동시에 플라스마 프로브를 X 방향으로 전자 스캐닝하는 것은 각각의 TFT 디스플레이 상의 검사 슬라이스 영역(2400)의 일부분을 커버하고, 이하에서 더 상세히 기재되겠지만, 바람직하게도, 시험 시간을 감소시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 검사 헤드는 검사 슬라이스 영역(2400)의 더 많은 부분 또는 심지어 전체 영역을 시험할 수 있는 둘 이상의 플라스마 프로브를 포함할 수 있다. X 방향으로의 검사 슬라이스 영역(2400)의 폭은, 검사 헤드 당 빔의 개수와 각각의 빔에 의해 스캔되는 거리의 곱에 의해 결정될 수 있다. 다음 슬라이스 영역을 시험하기 위해 또는 가령 TFT 디스플레이를 하적하기 위해, 검사 슬라이스 영역(2400)의 시험이 완료된 후, 갠트리(2100)는 검사 헤드를 X 방향으로 기계적으로 이동시킬 수 있다.
대안적 실시예에서, 갠트리(2100)는 자신의 긴 치수를 X 방향으로 둔 채 위치 설정되어, 자신에게 부착된 모든 검사 헤드를 Y 방향으로 기계적으로 이동시키면서, 플라스마 프로브가 X 방향으로 전자 스캔하게 하며, 하나의 검사 슬라이스의 시험이 완료되면, 검사 헤드가 X 방향으로 기계적으로 스텝하게 한다.
도 11B는 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 도 11A의 장치에서 플라스마 프로브 이동의 상세사항을 보여주는 확대도이다. 도 11A는 검사 헤드를 Y 방향으로 기계적으로 이동시키는 것과 동시에 플라스마 프로브를 X 방향으로 전자 스캔함으로써, 플라스마 프로브가 제 1 프로브 위치(2510)에서 제 2 프로브 위치(2520)로 제 1 대각방향 스캔(diagonal scan)(2500)으로 이동할 수 있다. 검사 헤드의 기계적 동작 및 플라스마 프로브의 동시 전자 스캐닝은, 플라스마 프로브가, TFT 픽셀의 로우를 따르는 길이 Ps를 따르는 X 방향으로의 빔의 전자 스캐닝과 일치하여 TFT 디스플레이 상의 단일 픽셀 로우(row)의 높이 Ph를 횡단하게 할 수 있다. 예를 들어, 실이 Ps는 앞서 기재된 X 방향으로의 각각의 빔에 의해 스캔되는 거리에 대응한다. 검사 헤드의 이동은 Y 방향에서 연속적일 수 있는데, 프로브가 TFT 픽셀의 제 1 로우 상의 제 1 대각방향 스캔(2500)의 끝 부분인 제 2 프로브 위치(2520)로부터, Y 방향에서 TFT 픽셀의 제 1 로우 위에 위치하는 TFT 픽셀의 제 2 로우 상의 제 2 대각방향 스캔(2600)의 시작 부분인 제 3 프로브 위치(2610)로 매우 빠르게 재설정할 수 있기 때문이다. 따라서, TFT 디스플레이 표면을 가로질러 플라스마 프로브가 기계적 이동만 하는 경우보다 검사 슬라이스 영역(2400)의 더 빠른 시험 커버리지(test coverage)가 얻어진다.
한 가지 실시예에서, OLED 및 LCD에 대한 전체-스케일 전기 테스터에 추가로, 전자 빔-유도형 플라스마 프로브를 이용하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치가 그 밖의 다른 1차 검사(primary inspection) 기술, 가령, AOI(Automatic Optical Inspection), 또는 Orbotech의 ArrayCheckerTM 시스템을 이용하는 전기-광학 시험(electro-optical testing)과 조합하여 요구에 따른 전기적 검토(on-demand electrical review)를 수행할 수 있다. 피시험 구조물(170) 상의 회로(167)(도 1에 도시됨) 내 결함이 우선, 플라스마 프로브를 사용하지 않고, 1차 검사 기법을 이용해 모니터링된다. 1차 검사 기법에 의해 결함이 검출된 경우, 이의 특성, 가령, 위치 또는 유형이 데이터 저장 및 제어 블록(198) 내 제어 유닛에 등록될 수 있다. 결함이 검출되면, 플라스마 프로브를 이용하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치가 전기 측정 소자(185)에 의해 복수의 데이터 값을 취할 수 있음으로써, 결함을 더 상세히 우수하게 특성화할 수 있다. 예를 들어, 결함은 디스플레이의 결함 영역 내 픽셀(들)일 수 있다. 결함과 연관된 더 상세한 특성화 데이터가, 기계적 프로빙에서처럼 디스플레이를 추가로 손상시키지 않으면서, 결함의 원인을 결정하고 결함의 수리에 대한 정보를 제공하도록 사용될 수 있다. 전기 측정 소자(185)로부터의 복수의 데이터 값이 데이터 저장 및 제어 블록(198) 내 데이터 저장 유닛에 저장될 수 있다. 데이터 저장 유닛에 저장된 시험 루틴을 이용해 데이터 저장 및 제어 블록(198) 내 제어 유닛에 의해 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자(185), 및 신호 소스(190)의 동작이 조율되고 제어된다.
예를 들어, ArrayCheckerTM 시스템에 의해 LCD 패널에서 결함 픽셀이 검출되면, 전자 빔-유도형 플라스마 프로브를 픽셀 전극들 중 적어도 하나 상에 위치시키고, 데이터 전압 Vds를 자신의 명목 값(약 5-10V)으로 설정하며, 게이트 전압 Vg를 스윕(sweep)하며, 최종 전류 Ids를 측정함으로써, 관심 픽셀 내 TFT의 전송 특성(transfer characteristics)이 검증될 수 있다. 또는, Vg의 고정 값에 대해 Ids 대 Vds가 측정될 수 있다. 둘 이상의 트랜지스터를 갖는 OLED 픽셀에서, 시간의 흐름에 따라 변하는 복수의 드라이브 신호와 관련하여 더 복잡한 측정이 수행될 수 있다. 이들 측정이 기계적 프로브를 허용하도록 설계된 영역에서 종래의 기계적 프로빙을 이용해 일부 외부 신호가 피시험 패널로 드라이브될 것을 필요로 할 수 있지만, 기계적 프로빙이 디스플레이를 추가로 손상시킬 가능성이 높은 영역에서 비-기계적 프로빙을 이용해 적어도 하나의 플라스마 프로브가 피시험 구조물 상의 신호를 측정하거나 주입하도록 사용된다. 기계적으로 프로빙되는 드라이브 신호가 시스템, 가령, ArrayCheckerTM을 이용해 전체 패널 시험을 위해 사용되는 것과 동일하기 때문에, 플라스마 프로브의 "요구에 따른 전기적 검토(on-demand electrical review)" 능력이, 기계적 프로빙 능력을 아직 갖고 있지 않은 AOI 시스템보다 ArrayCheckerTM 시스템에 포함될 때 필요한 추가 시스템 기능부의 측면에서 복잡도를 덜 추가한다.
앞서 기재된 플라스마 프로브를 이용한 상세한 전기적 측정 능력의 대안적 실시예는 자립형(stand-alone) 전기 특성화 시스템(electrical characterization system)일 수 있다. 이러한 시스템을 이용해, 결함 위치에 대한 이전 지식을 필요로 하지 않고, LCD 또는 OLED 디스플레이의 활성 영역 내 TFT의 성능이 비파과적 방식으로 샘플링될 수 있다. 플라스마 프로브를 이용한 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는 전기 측정 소자(185)에 의해 피시험 구조물 상의 회로를 상세하게 특성화하기 위해 복수의 데이터 값을 취할 수 있다. 전기 측정 소자(185)로부터의 복수의 데이터 값이 데이터 저장 및 제어 블록(198) 내 데이터 저장 유닛에 저장될 수 있다. 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자(185), 및 신호 소스(190)의 동작이 데이터 저장 유닛에 저장된 시험 루틴을 이용해 데이터 저장 및 제어 블록(198) 내 제어 유닛에 의해 조율 및 제어된다. 이 능력에 의해, 소자 성능 및 균일성(uniformity)의 모니터링이 가능해짐으로써, 공정 문제, 특히, 새로운 TFT 패널 설계의 생산의 증산(ramp-up) 단계 동안 공정 문제를 식별하는 데 도움이 될 수 있다.
하나의 실시예에서, 제어 유닛은 피시험 구조물 상의 제 1 신호 라인의 제 1 전기적 특성을 제 1 상태로 설정하는 것을 조율할 수 있다. 예를 들어, 피시험 TFT 어레이 상의 게이트 라인 상의 전압이 종래의 기계적 프로빙을 통해 제 1 전압으로 설정될 수 있다. 그 후, 제어기는 상기 피시험 구조물 상의 제 2 신호 라인의 제 2 전기적 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 1 데이터 값을 저장할 수 있고, 상기 제 1 데이터 값은 제 1 상태와 연관된다. e-빔 유도형 플라스마에 의해 제 2 신호 라인이 프로빙될 수 있고, 상기 제 2 신호 라인과 연관된 데이터 값은 전기 측정 소자에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, e-빔 유도형 플라스마가, 피시험 어레이 내에 위치하는 TFT의 드레인(drain)으로 연결될 수 있는 픽셀 전극 상의 전압을 프로빙하도록 사용될 수 있다. 전기 측정 소자를 통해 플라스마 프로브에 의해 측정되는 전압의 값이 데이터 저장 유닛에 저장될 수 있다. 그 후, 제어기가 제 1 전기적 특성을 제 2 상태로 설정할 수 있는데, 즉, 게이트 라인 상의 전압이 제 2 전압으로 변경된다. 그 후, 제어기가 제 2 전기 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 2 데이터 값을 저장할 수 있으며, 상기 제 2 데이터 값은 제 2 상태와 연관된다. 예를 들어, 동일한 TFT의 드레인으로 연결된 픽셀 전극 상의 전압이 전기 측정 소자를 통해 플라스마 프로브에 의해 다시 측정되고, 데이터 저장 유닛에 저장된다. 따라서 제 1 드레인 전압 데이터가 제 1 게이트 전압과 연관되고, 제 2 드레인 전압 데이터가 제 2 게이트 전압과 연관된다. 제 2 전기적 특성이 회로를 통한 제 1 전기적 특성에 반응한다. 예를 들어, 드레인 라인이 상호 연결된 트랜지스터, 즉, 회로를 통해 게이트 라인에 반응할 수 있다. 제어기는 데이터 저장 유닛에서 원하는 데이터 양이 획득될 때까지 상기의 시퀀스를 반복할 수 있고, 그 후 그래픽 사용자 인터페이스 또는 종래의 기법에 의해 생성된 하드 카피(hard copy)를 통해, 검토(review)되도록 특성들이 출력될 수 있다.
플라스마 프로브 기법은 "요구에 따른(on-demand)" 전기적 검토를 위한 기존 해결책, 가령, ArrayCheckerTM 시스템에서 현재 사용되는 IV-프로브에 비해 이점을 가진다. 이들 기존 해결책은 피시험 픽셀과의 (가령, 날카로운 바늘을 이용하는) 물리적 접촉에 의존한다. 이러한 접근법은 항상 기계적으로 접촉되는 픽셀에 손상을 초래하고, 따라서 일반적으로 LCD 또는 OLED 패널의 활성 영역(active area) 상에서는 사용되지 않고, 패널에 인접한 시험 영역에서만 사용된다. 따라서 기존의 기법은 다른 1차 검사 기법 수단에 의해 검출된 결함의 전기적 검토를 쉽게 허용 하지 않는다. 덧붙여, 플라스마 프로빙 기법과 달리, 각각의 검사되는 픽셀 사이에서 바늘이 상승 및 하강되어야 하기 때문에, 기계적 접촉 프로빙은 다소 느리고, 특히 작은 특징부를 갖는 패널(가령, OLED 디스플레이) 상에서, 더 열악한 공간 선택비(spatial selectivity)를 제공한다.
하나의 실시예에서, 전자 빔-유도형 플라스마 프로브 검사 헤드의 독립적인 무-간섭 동작을 가능하게 하면서 이들 헤드를 스테이지 상에 장착함으로써, "요구에 따른 전기적 검토" 능력을 포함하는 전기적 검사 시스템이 높은 처리율을 위해 구성되어, 플라스마 프로브를 이용하지 않는 1차 검사 및 플라스마 프로브를 이용하는 전기적 검토가 병렬로 수행될 수 있다. 예를 들어, 이는 별도의 갠트리 상에 또는 1차 검사용으로 사용되는 검사 헤드가 장착되는 갠트리의 후면 상에 전자 빔-유도형 플라스마 프로브 검사 헤드를 설치함으로써 얻어질 수 있다. 대안적으로, 현재의 IV-프로브의 경우처럼, 플라스마 프로브의 전기적 검토 스테이션이 1차 검사를 위해 사용되는 검사 헤드와 동일한 물리적 장착부 상에 설치될 수 있다. 이 경우, 병렬 검사 및 요구에 따른 전기적 검토가 가능하지 않지만, 이는 많은 상황에서, 특히, 공정 개발 동안 허용될 수 있다.
더 정확한 결함 검토 결과 및 바람직하게는 전기적 특성화를 위해, 플라스마 프로브를 이용하는 전기적 시험이, 광-유도형 캐리어(photo-induced carrier)의 생성을 방지하도록 어둠 속에서 수행될 수 있다. 이러한 캐리어는 높은 TFT OFF 전류를 초래하는 채널 결함 등의 결함을 숨길(mask) 수 있다. 하나의 실시예에서, 광의 감소가 전기적 측정 소자(185)로부터의 데이터 값의 정확도를 개선할 수 있도록 피시험 구조물(170)로 입사되는 광을 감소시키도록 비-기계 접촉식 신호 측정 장치가 내장되거나 구성된다.
본 발명의 상기의 실시예는 예에 불과하며 비제한적이다. 다양한 대안예 및 균등예가 가능하다. 본 발명이 일례로서 단일 플라스마 프로브를 참조하여 기재되었지만, 본 발명은 플라스마 프로브의 개수에 의해 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명이 일례로서 원형 형태를 갖는 플라스마를 참조하여 기재되었지만, 본 발명은 플라스마의 형태에 의해 제한되지 않음을 이해해야 한다. 본 발명의 실시예는 멤브레인을 지지하는 프레임을 형성하기 위해 사용되는 기판 물질의 유형에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예는 멤브레인, 프레임, 또는 진공 용기의 형태에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예는 멤브레인 또는 프레임을 진공 용기로 부착하는 방법에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예는 플라스마로 연결된 전기 측정 소자 또는 신호 소스의 유형 및 이들의 개수에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 실시예는 플라스마 프로브가 피시험 구조물에 상대적으로 이동되는 방식에 의해 제한되지 않는다. 덧붙여, 본 발명은 비-물리적 접촉식 또는 비접촉식 프로빙을 필요로 하는 시험 적용예에서 사용될 수 있으며, 비-제한적 예를 들면, 박막 트랜지스터 어레이, 가령, 플랫 패널 상의 다른 회로, 마이크로전자 회로, 회로 기판, 태양 패널, 반도체 회로 등의 시험이 있다. 그 밖의 다른 추가, 삭감, 또는 변경이 자명하고, 이하의 특허청구범위 내에 속한다.

Claims (46)

  1. 비-기계 접촉식(non-mechanical contact) 신호 측정 장치로서, 상기 장치는
    피시험 구조물 상의 제 1 전도체,
    상기 제 1 전도체와 접촉하는 가스,
    상기 가스로 지향되어 전자 빔이 통과하는 가스 내에 플라스마를 유도하는 적어도 하나의 전자 빔,
    상기 플라스마와 전기적으로 접촉하고 있는 제 2 전도체, 및
    플라스마가 제 1 전도체 상에 지향될 때, 상기 제 1 전도체, 상기 플라스마, 및 상기 제 2 전도체를 통해 전기 측정 소자로 연결되는 신호 소스(signal source) - 상기 전기 측정 소자는 상기 신호 소스에 반응함 -
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비-기계 접촉시 신호 측정 장치는
    피시험 구조물 상의 회로를 더 포함하며, 상기 회로는 제 1 전도체로 연결되고, 상기 전기 측정 소자는 상기 회로에 반응하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호 소스는 제 1 전도체로 연결되고 상기 전기 측정 소자는 제 2 전도체로 연결되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전기 측정 소자는 제 1 전도체로 연결되고 상기 신호 소스는 제 2 전도체로 연결되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 가스는 공기, 또는 분자 질소, 또는 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스로 지향되어 전자 빔이 통과하는 가스 내에 복수의 플라스마를 유도하기 위한 복수의 전자 빔을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 피시험 구조물은 박막 트랜지스터 어레이(thin film transistor array)인 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 전자 빔은 피시험 구조물의 위치에 상대적으로 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는
    측정 소자로 연결되며, 상기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 저장하도록 구성된 데이터 저장 유닛, 및
    상기 데이터 저장 유닛, 측정 소자, 및 신호 소스로 연결된 제어 유닛
    을 더 포함하며, 상기 데이터 저장 유닛, 측정 소자, 및 신호 소스는 상기 제어 유닛에 반응하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  10. 제1항에 있어서, 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는
    상기 피시험 구조물 상으로 입사되는 광을 감소시키도록 구성된 용기
    를 더 포함하며, 상기 광을 감소시킴으로써, 상기 전기 측정 소자로부터의 데이터 값의 정확도가 개선되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 오리피스(orifice)를 갖는 진공 용기 - 피시험 구조물은 진공 용기 외부에 위치함 - , 및
    상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 적어도 하나의 전자 빔을 지향시키도록 구성되는 진공 용기 내 적어도 하나의 전자 빔 생성기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 비-기계 접촉식 신호 측정 장치는
    상기 적어도 하나의 오리피스에서 진공 용기에 부착되는 멤브레인(membrane)을 더 포함하고,
    적어도 하나의 전자 빔이 상기 멤브레인을 통과하며, 상기 멤브레인은 진공 용기 내부의 진공을 유지하고 적어도 하나의 전자 빔의 제 1 부분을 상기 멤브레인을 통해 투과시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  13. 제11항에 있어서, 상기 진공 용기는 진공 플랜지(vacuum flange)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 오리피스는 상기 진공 플랜지를 관통해 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 제 2 전도체는 진공 용기 중 상기 오리피스를 둘러 싸는 부분을 포함하며, 상기 가스 및 플라스마가 상기 진공 용기 중 상기 오리피스를 둘러 싸는 상기 부분으로 연결되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전자 빔 생성기는
    적어도 하나의 전자 소스, 및
    빔을 스폿(spot) 크기로 포커싱하도록 구성된 적어도 하나의 전자 렌즈
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 제 2 전도체는 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  17. 제12항에 있어서, 상기 멤브레인은 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미나, 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon), 흑연, 실리콘 디옥사이드, 초박 탄소(ultrathin carbon), 베릴륨, 베릴륨 니트라이드 및 폴리이미드로 구성된 그룹 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  18. 제12항에 있어서, 상기 멤브레인은 기판 위에 증착된 층을 포함하고, 기판의 일부분을 관통하는 창 영역(window region)에서 상기 기판이 제거되고, 기판은 상기 멤브레인을 지지하는 프레임을 형성하도록 구성되며, 적어도 하나의 전자 빔이 상기 프레임 내 창 영역을 통해 지향되는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  19. 제12항에 있어서, 제 2 전도체는 상기 멤브레인 위에 놓인 전도성 필름을 포함하고, 적어도 하나의 전자 빔은 상기 전도성 필름을 통과하며, 상기 전도성 필름은 상기 적어도 하나의 전자 빔의 제 2 부분을 상기 전도성 필름을 투과시키도록 구성되고, 상기 가스 및 상기 플라스마는 상기 전도성 필름에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  20. 제15항에 있어서,
    복수의 전자 소스
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  21. 제18항에 있어서, 오리피스와 정합(match)되도록 창 영역을 배치하도록 상기 프레임이 본드(bond) 또는 클램프(clamp)에 의해 진공 용기로 연결됨으로써, 적어도 하나의 전자 빔이 상기 프레임 내 창 영역을 통해 멤브레인에 충돌할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  22. 제18항에 있어서, 상기 창 영역은 슬릿(slit)으로서 성형되고, 적어도 하나의 전자 빔 생성기는,
    적어도 하나의 전자 소스,
    빔을 스폿 크기로 포커싱하기 위한 적어도 하나의 전자 렌즈, 및
    슬릿을 통해 전자 빔을 스캔하도록 구성된 적어도 하나의 편향 광소자(deflection optic)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  23. 제19항에 있어서, 상기 전도성 필름은 멤브레인 위에 놓이는 접착 층, 상기 접착 층 위에 놓이는 전도성 층을 포함하고, 상기 가스 및 플라스마는 상기 전도성 층에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉식 신호 측정 장치.
  24. 비-기계 접촉(non-mechanical contact)에 의한 신호 측정 방법으로서, 상기 방법은
    피시험 구조물 상에 제 1 전도체를 제공하는 단계,
    상기 제 1 전도체와 접촉하는 가스를 제공하는 단계,
    전자 빔이 통과하는 가스에 플라스마를 유도하도록 적어도 하나의 전자 빔을 가스로 지향시키는 단계,
    제 2 전도체를 플라스와 전기적으로 연결하는 단계, 및
    플라스마가 제 1 전도체 상으로 지향될 때 전기 측정 소자가 상기 신호 소스에 반응하도록 하기 위해, 제 1 전도체, 제 2 전도체, 및 플라스마를 통해 신호 소스를 전기 측정 소자로 연결하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    전기 측정 소자가 회로에 반응하도록 하기 위해 피시험 구조물 상의 회로를 제 1 전도체로 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 신호 소스를 제 1 전도체로 연결하는 단계, 및
    상기 전기 측정 소자를 상기 제 2 전도체로 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 전기 측정 소자를 상기 제 1 전도체로 연결하는 단계, 및
    상기 신호 소스를 상기 제 2 전도체로 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 가스는 공기, 또는 분자 질소, 또는 비활성 가스인 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  29. 제24항에 있어서,
    전자 빔이 통과하는 가스에 복수의 플라스마를 유도하기 위해 복수의 전자 빔을 가스로 지향시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  30. 제24항에 있어서,
    박막 트랜지스터(thin film transistor) 어레이를 시험하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  31. 제24항에 있어서,
    적어도 하나의 전자 빔을 피시험 구조물의 위치에 상대적으로 이동시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  32. 제24항에 있어서,
    적어도 하나의 오리피스(orifice)를 갖는 진공 용기(vacuum enclosure)를 제공하는 단계 - 상기 피시험 구조물은 진공 용기 외부에 위치함 - , 및
    진공 용기 내 적어도 하나의 전자 빔 생성기에 의해 적어도 하나의 전자 빔을 적어도 하나의 오리피스를 통해 지향시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  33. 제25항에 있어서,
    전기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 데이터 저장 유닛에 저장하는 단계 - 상기 복수의 데이터 값은 피시험 구조물 상의 회로와 연관됨 - , 및
    제어 유닛에 의해, 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자, 및 신호 소스를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  34. 제25항에 있어서,
    피시험 구조물 상의 회로 내 결함에 대해 모니터링하는 단계,
    상기 결함이 검출되는지 여부를 제어 유닛에 등록하는 단계,
    결함이 검출된 경우 전기 측정 소자로부터의 복수의 데이터 값을 데이터 저장 유닛에 저장하는 단계 - 상기 복수의 데이터 값은 상기 피시험 구조물 상의 회로 내 결함과 연관됨 - , 및
    상기 제어 유닛에 의해 상기 데이터 저장 유닛, 전기 측정 소자, 및 신호 소스를 제어하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  35. 제32항에 있어서,
    적어도 하나의 오리피스에서의 멤브레인에 의해 진공 용기 내부의 진공을 유지하는 단계, 및
    상기 적어도 하나의 전자 빔의 제 1 부분을 상기 멤브레인을 통해 투과시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  36. 제32항에 있어서,
    진공 플랜지(vacuum flange)를 제공하는 단계, 및
    상기 진공 플랜지를 관통하도록 적어도 하나의 오리피스가 뻗어 있는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  37. 제32항에 있어서, 상기 방법은
    상기 진공 용기 중 상기 오리피스를 둘러 싸는 부분을 가스 및 플라스마와 연결하는 단계를 더 포함하며, 상기 진공 용기 중 상기 오리피스를 둘러 싸는 부분은 제 2 전도체인 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  38. 제32항에 있어서,
    적어도 하나의 전자 빔을 방출(sourcing)하는 단계, 및
    상기 전자 빔을 스폿 크기로 포커싱하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  39. 제33항에 있어서, 상기 제어하는 단계는
    피시험 구조물 상의 제 1 신호 라인의 제 1 전기적 특성을 제 1 상태로 설정하는 단계,
    상기 피시험 구조물 상의 제 2 신호 라인의 제 2 전기적 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 1 데이터 값을 저장하는 단계 - 상기 제 1 데이터 값은 제 1 상태와 연관됨 - ,
    제 1 전기적 특성을 제 2 상태로 설정하는 단계, 및
    상기 제 2 전기적 특성과 연관된 복수의 데이터 값 중 제 2 데이터 값을 저장하는 단계 - 상기 제 2 데이터 값은 제 2 상태와 연관되고, 상기 제 2 전기적 특성은 회로를 통해 제 1 전기적 특성에 반응함 -
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  40. 제35항에 있어서, 상기 멤브레인은 실리콘 니트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미나, 다이아몬드상 탄소(diamond-like carbon), 흑연, 실리콘 디옥사이드, 초박 탄소(ultrathin carbon), 베릴륨, 베릴륨 니트라이드 및 폴리이미드로 구성된 군 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  41. 제35항에 있어서,
    멤브레인을 기판 위의 층으로서 증착하는 단계,
    기판의 일부분을 관통하는 창 영역에서 기판을 제거함으로써, 상기 멤브레인을 지지하기 위한 프레임을 형성하는 단계, 및
    적어도 하나의 전자 빔을 상기 프레임 내 창 영역을 통과하도록 지향시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  42. 제35항에 있어서,
    적어도 하나의 전자 빔의 제 2 부분을 상기 멤브레인 위의 전도성 필름을 통해 투과시키는 단계 - 상기 전도성 필름은 제 2 전도체임 - , 및
    상기 가스 및 상기 플라스마를 상기 전도성 필름으로 연결하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  43. 제38항에 있어서,
    복수의 전자 빔을 방출(sourcing)하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  44. 제41항에 있어서,
    본드(bond) 또는 클램프(clamp)에 의해 상기 프레임을 상기 진공 용기로 연결하는 단계,
    창 영역을 상기 오리피스와 정합되도록 위치시키는 단계, 및
    상기 프레임 내 상기 창 영역을 통과해 적어도 하나의 전자 빔으로 상기 멤브레인을 충돌시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  45. 제41항에 있어서,
    상기 창 영역을 슬릿(slit)으로서 성형하는 단계,
    적어도 하나의 전자 빔을 방출시키는 단계,
    상기 전자 빔을 스폿 크기로 포커싱하는 단계, 및
    상기 전자 빔으로 상기 슬릿을 통과하도록 스캐닝하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
  46. 제42항에 있어서,
    접착재(adhesion)로 상기 멤브레인을 덮어 씌우는 단계,
    전도성 층으로 상기 접착재 층을 덮어 씌우는 단계, 및
    가스 및 플라스마를 상기 전도성 층으로 연결시키는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비-기계 접촉에 의한 신호 측정 방법.
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